球面零件轨迹成形加工方法及装置制造方法及图纸

球面零件轨迹成型加工方法及装置主要属于光学零件加工技术领域。现有技术工序分散，需多台套设备及多种磨（模）具，加工精度主要依靠操作者的经验和技巧，而且加工大尺寸零件较困难。本发明专利技术创造了一种轨迹成型加工方法，砂轮与工件点接触，加工轨迹为螺旋线，砂轮作圆周运动且做进给移动，工件自转并摆动。本发明专利技术使光学零件的球面加工成本降低，效率提高，加工精度由设备来保证，并能实现大尺寸球面零件的批量生产。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要属于光学零件加工
在现有技术中，目前世界各国普遍采用范成法粗磨和准球心法精磨和抛光。范成法系由英国学者泰勒(W·Taylor)于1920年提出，于50年代开始用于光学生产，并在60年代末开始在我国广泛应用。它是一种高速铣磨方法，见附图说明图1，在加工过程中，磨轮1的环形刃口与工件2的加工表面相接触，二者轴线成一α角，磨轮1高速旋转，工件2低速旋转，则加工出一半径为R的球面。这种方法的本质是磨轮环形刃口与工件2加工表面是线接触，是由磨轮刃口轨迹的包络面成形球面的方法。准球心方法是一种压力转移磨削方法，图2所示为该方法用于高速精磨工序情况，金刚石磨具3的磨削面，由若干金刚石丸片4组成，与工件5的加工面接触，工件5旋转，磨具3转动且沿弧线摆动，二者轴线于球心处相交。图3所示为高速抛光情况，它与精磨工序不同的是以模具6代替磨具3。准球心法的本质是磨(模)具与工件是面接触，加在磨具上的压力主要转移在工件上多余的突出部分，因此，此处接触压力大，磨去也较快，进而加工出所需精度的面形。上述现有技术存在若干不足，首先是加工成本较高，主要表现在，设备种类多，粗磨、精磨、抛光三道工序分别在三台设备上完成。模具数量多，不论是范成法还是准球心法，对于不同曲率半径或口径的球面，均须用一套对应的磨轮和磨(模)具加工。也就是说需配备多种磨轮和磨(模)具。加工费也较高，主要是由于各工序间的辅助工序、辅助设备、辅料等造成。其次是加工效率低，主要是由于辅助工序多，加工余量大，磨(模)具等均需频繁修整等原因。第三是表面粗糙度和面形精度难以保证，一是表面粗糙度，在光学零件的铣磨加工中，理论上认为其最佳磨削线速度是35m/s，这样就要求磨轮转速在1～2万转/分才能达到这一速度。而高速转动的磨轮不能进行动平衡，振动较大，因此，在工件表面产生细密的菊花振纹等表面疵病，致使表面机糙度较差。二是面形精度，在粗磨工序中，根据理论计算，面形精度与磨轮中径Dm(见图1)、刃口半径r以及磨轮与工件的角度α直接相关，磨轮制造误差产生Dm的误差，磨轮的磨耗产生r的误差，而α角因调整精度不高，有较大的角度调整误差，因此面形精度很难保证。而在高速精磨和抛光工序中，工件面形精度主要是靠磨具的面形精度来保证，而磨具的面形精度是依靠操作者的经验和技巧来保证，因此对操作者的技术水平要求较高。第西是现有技术不论是从设备上，还是从磨具上都很难适应于大尺寸(大口径、大曲率半径)工件的加工。而本专利技术的目的就是要创造一种能够加工球面零件，特别是球面光学零件，并较现有技术成本低、效率高、易于保证加工精度，而且能够加工大尺寸零件的加工方法，即实现工序集中化、磨(模)具多用化、加工范围扩大化，为此我们专利技术了一种球面零件轨迹成形加工方法及装置。本专利技术是这样实现的，其方法是采用砂轮7(见图4)做为磨削工具，它与工件8是点接触，即接触点9，砂轮7绕轴10作圆周运动，同时能在控制下向工件8做进给移动。工件8固定在轴11前端，随其自转，同时二者整体以轴12为轴在α角范围内摆动，α角取决于加工球面的口径和半径。接触点9在被加工表面上的轨迹是螺旋线13，见图5，经理论推导表明，该轨迹形成的曲面是球面，半径为R(见图4)。本专利技术其装置仍由图4表示，它由砂轮7、轴10、11、12组成，砂轮7可以是金刚石砂轮，也可以是抛光轮，砂轮7绕轴10旋转，工件8固定于轴11前端，二者除自转外还绕轴12在α角范围内摆动，砂轮7和工件8均可移动，并是在精确控制下进行。砂轮7可由二至三片粒度不同的砂轮叠加而成，分别用于粗磨、精磨和超精磨(抛光)，只需移动轴10或工件8使所需砂轮与工件接触即可。本专利技术效果如下，由于工序集中化、磨(模)具多用化和加工范围扩大化，首先是降低了成本，即三个工序设备合一。工件8一次固定就可以从粗磨直至超精磨(抛光)工序完毕。对于加]不同半径的球面，只需调整轴12至接触点9的距离R即可，不需更换磨(模)具。其次是提高了加工效率，工序集中化，加工余量减小，砂轮7一经修整不需再频繁修整。第三是加工精度完全由轨迹成形的位置精度确定，只要磨床精度达到要求，即能保证加工精度，消除了人为因素的影响。当砂轮7直径为200mm，转速为3000rpm时，其圆周线速度即可达到31m/s，接近最佳磨削速度，因此避免了高速转动而产生的振动，从而提高加工表面质量。超微粒金刚石砂轮的应用也在一定程度上提高了粗糙度。第四是对于大尺寸工件，只需调整轴12与接触点9的距离R及摆动角α即可，而不必依靠增大磨具尺寸来实现，因此能够进行大尺寸工件的加工。图1是范成法示意图。图2、图3是准球心法示意图，其中图2表示高速精磨，图3表示高速抛光。图4是本专利技术装置及工况示意图。图5是本专利技术加工轨迹示意图。图6是本专利技术加工凹球面装置及工况示意图。图7、图8是本专利技术采用碗形砂轮的情形示意图。其中图7表示加工凸球面，图8表示加工凹球面。下面结合实例详细介绍本专利技术。例1，见图4，砂轮7采用金刚石磨粒，浓度为50％或100％。粗磨砂轮粒度为120#或240#，精磨砂轮粒度为W14、W7中的一种，超精磨砂轮粒度为W2.5或W1.5。粗磨、精磨砂轮结合剂为青铜或铸铁，超精磨砂轮结合剂用树脂，或用聚氨脂抛光轮。各种砂轮(抛光轮)均为盘形，外径为200mm，内径为75mm，每片厚10mm。转速为3000rpm，圆周线速度为31.4m/s。工件8转速为50～500rpm可调，工件球面曲率半径R为27.21mm，口径Φ为35mm，摆动角α约为40°，开动该装置，砂轮7微量进给，其圆周面与工件8于接触点9处接触。所需球面加工半径R通过调整接触点9与轴12的距离来实现，加工过程中砂轮7做精确进给位移，最小位移示值为0.625μm。这样，工件转动且摆动的复合运动与砂轮回转运动相干涉的结果，形成无数个螺旋线包络出一球面。采用同样方法进行精磨和抛光(超精磨削)。陶瓷、玻璃等脆硬材料塑性磨削理论指出，金刚石锐刃以小于0.2μm的进给量，能够实现塑性磨削，即超精磨削，它可取代传统抛光工艺，本实施例设置了压电陶瓷微位移机构，能使工件8的微位移示值达到0.006μm。上述是加工凸球面。也可以设置三个垂直的砂轮轴，分别固定粗磨、精磨、超精磨三块砂轮，用于加工凹球面。如此加工的方法，现已达到加工中等精度光学零件的效果。采用本方法不仅可以加工玻璃工件，还可加工陶瓷、晶体和金属工件。例2，为了加工凹球面，见图6，可将接触点9移至轴12左侧，砂轮7的半径小于被加工凹球面曲率半径R，如此即可加工凹球面。例3，设计一种碗形砂轮13。见图7及图8，接触点9位于环形端面上。图7是加工凸球面，图8是加工凹球面。权利要求1.一种球面零件的加工方法，包括粗磨、精磨和抛光三大工序，通过磨(模)具对被加工表面进行磨削，在磨削过程中，工件需转动，固着磨料的磨(模)具也需做某种运动，其特征在于所说的磨(模)具采用砂轮(7)，它与被加工表面为点接触，砂轮(7)做圆周运动，同时在控制下作进给移动，工件(8)除自转外，还绕轴(12)摆动，接触点(9)的加工轨迹为螺旋线(13)。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于当砂轮(7)为盘形时，其圆周面与工件(8)接触，当其为碗形时，其环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球面零件的加工方法，包括粗磨、精磨和抛光三大工序，通过磨（模）具对被加工表面进行磨削，在磨削过程中，工件需转动，固着磨料的磨（模）具也需做某种运动，其特征在于所说的磨（模）具采用砂轮（７），它与被加工表面为点接触，砂轮（７）做圆周运动，同时在控制下作进给移动，工件（８）除自转外，还绕轴（１２）摆动，接触点（９）的加工轨迹为螺旋线（１３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朴承镐，蔡立，高文信，
申请(专利权)人：长春光学精密机械学院，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]